Файл: Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие.pdf

На рис. 35, б показана изложница с утепленной прибыльной надставкой, представляющей чугунную коробку, выложенную ша­ мотным кирпичом или набитую огнеупорной массой. В результате замедленного охлаждения сталь в надставке долго находится в жидком состоянии и, стекая вниз, питает усадочную раковину. Та­ ким образом, не устраняя усадки, этот способ позволяет «вывести» усадочную раковину за пределы слитка и сосредоточить ее в над­ ставке.

Для уменьшения усадочной раковины применяют обогрев при­ быльной части слитка коксовым газом или электродугой (рис. 35, в).

При разливке сверху применяют замедление заливки к концу заполнения изложницы, при этом питание жидким металлом верх­ ней части слитка продолжается дольше, что приводит к уменьше­ нию усадочной раковины.

При разливке снизу применяют следующий способ: заполнив изложницу сталью, прекращают подачу металла в центровой'Уштник, а после образования корки на слитке вновь открывают стопор ковша и подают в литник сталь. При такой разливке «с допрерсовкой» слиток питается жидким металлом, поступающим в изложни­ цы под ферростатическим давлением, определяемым высотой’бтолба Н (рис. 35, г). Однако при этом способе возможно загрязнение донной части слитка остывшими и загрязненными порциями метал­ ла из сифонных путей.

В настоящее время сталь разливается преимущественно в рас­ ширяющиеся кверху изложницы с прибыльными надставками.

68

Слиток кипящей стали в отличие от рассмотренных выше усло­ вии кристаллизации спокойной стали не имеет усадочной раковины: она скомпенсирована объемом многочисленных пузырей.

Строение стального слитка. При соприкосновении жидкой стцли с относительно холодными стенками изложницы 1 (рис. 36) возникает корковый слой 3, состоящий из мелких неориентирован­ ных кристаллов. Изложница, разогреваясь, расширяется, а корко­ вый слой, охлаждаясь, суживается. Поэтому между слитком и стен­ ками изложницы образуется воздушная прослойка 2, плохо прово­ дящая тепло, в результате чего ско­

объема стали становится ничтожной, и в этой зоне начинается рост кристаллов одновременно во всей массе. Возникает область неори­

богатый неметаллическими включениями. В верхней части распо­ лагается усадочная раковина 5.

Дефекты стального слитка и способы их устранения. Стальному слитку присущи такие дефекты, как усадочная раковина, усадочные рыхлоты, химическая неоднородность состава (ликвация), неметал­ лические включения, газовые раковины, трещины, плены и др.

Усадочные раковины и усадочные рыхлоты возникают из-за различия в объеме жидкой и затвердевшей стали. Возникновение этих дефектов и меры уменьшения их рассмотрены выше.

Ликвация возникает из-за разности состава между твердой и жидкой фазами, затвердевающими неодновременно. При медленном затвердевании в первую очередь затвердевают кристаллы, содержа-

69

70

можно соответствующим подбором сечения слитка. Очевидно, что минимальными напряжения в поверхностном слое будут тогда, ко­ гда' отношение его периметра к площади сечения будет наиболь­ шим. В этом случае круглое сечение слитка является наиболее не­ благоприятным.

Поперечные трещины возникают, когда создаются препятствия для продольной усадки слитка при его охлаждении. Это может про­ исходить при низкой технологической дисциплине на участке раз­ ливки (недоброкачественные стаканы и пробки в разливочных ков­ шах, что приводит к переливу стали через верхний край изложни­ цы; раковины и выступы на внутренней поверхности изложницы и т. д.). В таких условиях могут возникнуть продольные растяги­ вающие напряжения в наружном слое.

Плены — наслоения на поверхности — характерны для слит­ ков, полученных разливкой сверху. При такой разливке заплески металла, пристающие к стенкам изложницы, окисляются с поверх­ ности и, захватываемые поднимающейся кверху жидкой сталью, не свариваются с ней. При последующей прокатке эти окисленные включения могут быть закатаны в слиток и образовать плены.

Чтрбы предупредить образование плен, нужно тщательно гото­ вить изложницы под заливку, смазывать их внутренние стенки смо­ лой или графитом, а также принимать меры для уменьшения силы удара падающей струи металла (применяя для этого установку между разливочным ковшом и изложницей промежуточной воронки или малого ковша).

Наружные дефекты стального слитка удаляются обрубкой при помощи пневматических зубил, обдиркой на специальных станках или зачисткой поверхности огневым способом.

н

1

Г л а в а IV. МЕТАЛЛУРГИЯ НЕКОТОРЫХ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

§1. Общая характеристика цветных металлов

ипроцессов их получения

Вразличных отраслях народного хозяйства широкое примене­ ние находят такие металлы, как медь (Си), никель (Ni), цинк (Zn), свинец (РЬ), олово (Sn), титан (Ті), алюминий (AI), магний (Mg). Они применяются не только в чистом виде, но образуют самые раз­ нообразные сплавы, свойства которых в значительной степени пре­ восходят свойства чистых металлов.

Способы получения цветных металлов из руд тяжелых или лег­ ких металлов различны. Для металлургии тяжелых цветных метал­ лов могут применяться пирометаллургические или гидрометаллур­ гические способы.

Суть пирометаллургического способа состоит в расплавлении рудного концентрата и отделении части расплава, в которой удер­ живается выделяемый металл. Так, при пирометалл-ургическом способе получения меди расплавленный медный концентрат обра­ зует два слоя: нижний (штейн) состоит из соединений меди, а верхний (шлак) — из сплавов различных окислов, входящих в пус­ тую породу. Дальнейшее получение Си сводится к переработке штейна.

Гидрометаллургический способ заключается в выщелачивании металла из руды. Для этого нерастворимые в воде соединения, со­ держащие данный металл, при помощи.химических реагентов пере­ водят в водно-растворимые соли. Из полученного раствора металл выделяют электролизом. Например, из медной руды, содержащей медь в виде нерастворимого в воде соединения CuC03C u(0H ) 2 (ма­ лахит), можно выделить водно-растворимый сульфат меди CuS04 при воздействии на руду серной кислотой:

СиСОз • Си (ОН)2+ 2 H2S 0 4= 2C US 0 4+ 3 Н20 + С 02.

к г

Дальнейшее получение Си сводится к электролизу полученного раствора. Пустая порода остается в нерастворимом остатке.

Способы получения легких цветных металлов основываются на одних и тех же принципах: основная масса А1 и Mg получается электролизом расплавленных солей этих металлов.

72

§ 2. Металлургия меди

Медные руды. Медь добывается преимущественно из медных руд, являющихся полиметаллическими, содержащими, кроме меди, Zn, Sn, Fe, Ag, Au и др. В состав пустой породы входят пирит (FeS2), кварц, карбонаты Mg и Са, различные силикаты, содержа­ щие окислы Al, Ca, Mg и Fe. По химическому составу пустой поро­ ды медные руды разделяются на основные, кислые и смешанные. Разнообразный состав пустой породы и множество химических сое­

РУ9°

S

Рис. 37. Флотационная машина

динений, которые может образовывать Си, обусловили наличие в природе очень большого числа рудных минералов (свыше 230). Только очень небольшое количество меди встречается в самородном виде.

Различают две группы медных руд: сульфидные, содержащие

стране около 80% всей добываемой меди выплавляют из сульфид­ ных руд.

.Подготовка руд к плавке. Медные руды подвергаются флотаци­ онному обогащению (рис. 37). Руда в порошкообразном состоянии поступает через бункер 1 в бассейн с проточной водой. Через отвер­ стие 5 в днище и сквозь холст 6 продувается воздух. Благодаря не­ смачиваемости руды водой (в смеси со специальными реагентами)

73